PDC鉆頭是人造聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭的簡(jiǎn)稱，PDC鉆頭真正具有劃時(shí)代的發(fā)展并投入使用是在80年代末，當(dāng)Amoco Production公司驗(yàn)證鉆頭回旋是阻礙PDC鉆頭有效應(yīng)用的主要原因，這使PDC鉆頭技術(shù)有了一個(gè)***性的突破。

　　鉆頭回旋是指鉆頭偏移了鉆頭幾何中心線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)工作。在鉆頭發(fā)生回旋過程中，鉆頭的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心總是變化，它不是和井眼中心保持在同一條中心線上。切削齒在徑向移動(dòng)，甚至相對(duì)于地層巖石面向后移動(dòng)。鉆頭回旋產(chǎn)生的井底造形形狀能夠造成PDC切削齒的金剛石層掉片或沖擊破壞，加速鉆頭的磨損，降低鉆頭工作壽命。

　　在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助加工(CAD/CAM)和計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)進(jìn)行有限元分析的推動(dòng)下，開發(fā)了鉆頭抗回旋技術(shù)，井底動(dòng)態(tài)流場(chǎng)模擬技術(shù)應(yīng)用于水力設(shè)計(jì)，大大提高了鉆頭的工作壽命和機(jī)械鉆速。

　　PDC鉆頭獲得高機(jī)械鉆速的較大一項(xiàng)障礙是避免PDC切削齒過熱。PDC金剛石層和碳化鎢基體有著不同的熱膨脹系數(shù)，在高溫下會(huì)導(dǎo)致PDC切削齒出現(xiàn)熱裂紋。為了減少在鉆井過程中PDC切削齒出現(xiàn)的熱裂紋影響，近期成功地開發(fā)出在PDC金剛石層和碳化鎢基體之間具有各種幾何形狀交接面的PDC切削齒，這些高質(zhì)量的PDC切削齒具有很高的抗研磨性，即使出現(xiàn)磨損，仍然會(huì)有許多金剛石保留在碳化鎢基體上繼續(xù)切削地層。這種非平面形狀的幾何結(jié)構(gòu)，大大提高了PDC切削齒在井下的工作壽命。

　　冶金技術(shù)、水力條件、PDC切削齒等技術(shù)的快速發(fā)展，雖然沒有能夠減低鉆頭的成本，但這些技術(shù)使PDC鉆頭鉆的進(jìn)尺更多，可以在多套不同地層下有效鉆進(jìn)。這些技術(shù)的發(fā)展帶來的另外一項(xiàng)重大進(jìn)步是PDC鉆頭可以鉆硬夾層。

　　PDC鉆頭機(jī)械鉆速和壽命的提高，在以前認(rèn)為僅能使用牙輪鉆頭的地層，目前也能夠用PDC鉆頭鉆穿。

　　PDC鉆頭目前經(jīng)常使用在井底需要鉆頭長時(shí)間工作的井段、油基泥漿、或在非縮徑井段使用的水基泥漿。在高轉(zhuǎn)速鉆具上，PDC鉆頭也具有優(yōu)越性，如渦輪鉆具、螺桿鉆具或造斜井段。

　　PDC鉆頭經(jīng)常使用在低抗壓強(qiáng)度、膠結(jié)性差、低研磨性、或帶有薄夾層的地層中，如鹽巖、石膏巖、泥灰?guī)r、灰?guī)r等，中等抗壓強(qiáng)度、具有一定研磨性和脆性的地層，如砂泥巖、硅質(zhì)頁巖、孔隙性碳酸巖和石膏巖。但PDC鉆頭在高抗壓強(qiáng)度、致密膠結(jié)的研磨性砂巖、燧石和花崗巖、剛玉、黃鐵礦、礫石中使用效果不好。一般PDC可鉆地層的抗壓強(qiáng)度低于18000PSI、巖石研磨性低于41°(巖石的內(nèi)磨察角IAF值)。